一種用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器制造技術

本實用新型專利技術提出了一種用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器，該模擬器由仿真無人機分系統、飛行操作分系統、任務設備操作分系統、教學評估分系統、示教演示分系統和局域網組成，其中仿真無人機分系統由無人機仿真模型和任務設備組成，在無人機仿真模型中還設有故障模擬模塊。由于不需動用實裝無人機，而且在無人機仿真模型中引入了風場和大氣環境的模擬，在保證飛行安全的同時，使得模擬訓練的操作的仿真度更高，而且還可以進行故障排查能力的訓練。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及模擬器領域，尤其是無人機的飛行和任務操作訓練領域，特別是一種用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器，可用于無人機專業人員的專業學習和教學培訓。
技術介紹
在現有技術條件下，利用無人機執行各種任務是一個復雜的過程，對操作人員具有很高的要求。除了要求操作人員了解一定的飛行原理、大氣紊流知識外，還要求熟悉無人機的飛行特性、載荷特性、使用維護特性、飛控原理，并且具備一定的操控經驗和良好的心理素質。尤其是在無人機起飛和返場降落時，由于近地飛行且地面風場變化等因素，稍有不慎，便會使裝備受損，從而對地面站操控員提出了較高的要求。另外，無人機系統一般具有指揮和控制多機飛行能力。在實際飛行中，操控員的多機操作壓力及難度相對較大，需要多人配合、協調操作。為了使操作人員能夠正確、熟練地操作無人機，從而保障各種任務的遂行，需要對操作人員進行必要的培訓和訓練。目前，現有的無人機模擬訓練通常僅僅是依托實裝地面站進行簡單的模擬操作，由于僅僅是模擬操作，無人機并不飛行，缺少外部環境對無人機的影響反饋，因此模擬操作與無人機實際飛行時的差異性較大。由于沒有完整的無人機飛行模擬訓練裝備，因此在現階段還無法進行有針對性和直觀的實際操作訓練。
技術實現思路
為了解決現有無人機模擬操作訓練中存在的模擬操作與無人機實際飛行時差異性較大的問題，以及無人機操作人員的故障排查和使用維護能力較弱的問題。本技術提出了一種用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器，該模擬器由仿真無人機分系統、飛行操作分系統、任務設備操作分系統、教學評估分系統、示教演示分系統和局域網組成；仿真無人機分系統由無人機仿真模型和任務設備組成；任務設備操作分系統通過仿真無人機分系統中的無人機仿真模型與任務設備電連接；局域網由操控采集局域網、測控局域網和參數采集局域網組成；其中操控采集局域網用于將飛行操作分系統和任務設備操作分系統的信息傳輸至教學評估分系統和示教演示分系統；測控局域網用于實現飛行操作分系統、任務設備操作分系統與仿真無人機分系統之間的雙向通信；參數采集局域網用于將仿真無人機分系統的信息傳輸至教學評估分系統和示教演示分系統。上述模擬器可實現無人機飛行全流程的模擬，逼真度高、實際操作能力強，將其應用到教學和訓練中，無人機操作人員能夠在較短的時間熟悉和掌握無人機系統的使用與維護。附圖說明圖1為用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器結構組成示意圖。圖2為飛行操作分系統的結構組成示意圖。圖3為模擬器中各機柜設置及機柜結構示意圖。具體實施方式本技術提出了一種用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器，是一種主要面向無人機飛控系統和任務系統的模擬器，可應用于無人機裝備教學和無人機操作人員訓練。下面結合附圖1-3對本技術進行詳細地說明。如圖1所示，本技術提出的一種用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器具體由仿真無人機分系統、飛行操作分系統、任務設備操作分系統、教學評估分系統、示教演示分系統和局域網組成。仿真無人機分系統由無人機仿真模型和任務設備組成。其中，無人機仿真模型為通過計算機呈現的虛擬無人機模型，使用無人機仿真模型的目的在于在傳統的模擬操作訓練的基礎上，增加操作對象無人機的反饋，主要是以圖形的形式展示無人機的實時姿態，并以數據的形式展示無人機的各種參數；而且無人機仿真模型在設計時引入了風場和大氣環境的模擬，為無人機仿真模擬提供了模擬飛行環境，從而使得無人機的操作訓練更加接近無人機的實際飛行，通過上述方法還可有效降低實際裝備在訓練過程中的受損概率，可實現在保證訓練效果的前提下，進一步提高飛行訓練的安全性。為了進一步增加該模擬器的仿真度，并用于培養操作人員在無人機出現故障時的應對能力和故障排查能力，在無人機的仿真模型中設置有故障模擬模塊，可以實現故障的注入、設置和模擬，可以模擬多種無人機故障，諸如：磁航向傳感器故障、垂直陀螺故障、高度傳感器故障、空速傳感器故障、油量傳感器故障、缸溫傳感器故障、機載發射機故障、機載伺服天線故障、機載接收機故障、地面發射機故障、地面伺服天線故障、地面接收機故障、導航設備故障、光電平臺故障等。在本實施例中，無人機仿真模型設置在仿真無人機機柜中。其中，任務設備為實裝無人機的任務設備，其目的在于通過實裝任務設備的訓練，可以使得操作人員更好地掌握任務設備的特性。本實施例中的任務設備為常見的光電成像任務設備，具體包括：光電平臺、紅外成像設備和激光測距設備。任務設備除了光電成像任務設備外，還可以替換為合成孔徑雷達等其他任務設備。如圖2所示，飛行操作分系統用于實現對無人機飛行及導航操作，任務規劃操作和無線電數據鏈路操作；本實施例中，具體由飛行及導航操作機柜、任務規劃操作機柜、無線電數據鏈路操作機柜三個機柜組成，三個機柜依次可完成無人機飛行及導航操作，任務規劃操作和無線電數據鏈路操作。任務設備操作分系統通過仿真無人機分系統中的無人機仿真模型與任務設備電連接，用于模擬無人機任務設備的地面操縱臺；教學評估分系統用于實現對學員飛行操控和故障排查情況進行考核；教學評估分系統可對學員進行操作效果評估、故障排查效果評估，并對學員進行綜合成績考核等。示教演示分系統用于展示系統工作原理和示范教學，示教演示分系統以動畫演示的形式展示系統工作原理和示范教學，由系統介紹模塊、工作原理模塊、操作示例模塊和使用維護模塊四部分組成。前述的任務設備操作分系統、教學評估分系統、示教演示分系統各設置一個機柜，分別為任務設備操作機柜、教學評估機柜和示教演示機柜。如圖3所示，本實施例中的七個機柜上部均設置一個顯示器，中部設置一個操縱臺板，下部設置一臺工控機，其中操縱臺板上設置輸入按鍵、鼠標和鍵盤，便于操作人員操作使用。輸入按鍵的設置布局模仿真實地面站操控臺輸入按鍵的布局。局域網由操控采集局域網、測控局域網和參數采集局域網組成；其中操控采集局域網用于將飛行操作分系統和任務設備操作分系統的信息傳輸至教學評估分系統和示教演示分系統；測控局域網用于實現飛行操作分系統、任務設備操作分系統與仿真無人機分系統之間的雙向通信；參數采集局域網用于將仿真無人機分系統的信息傳輸至教學評估分系統和示教演示分系統。為了進一步提高本技術所述模擬器的適用范圍，仿真無人機分系統中的無人機仿真模型采用變穩定度設計，是一種變穩定的無人機仿真模型。通過變穩定度設計，可以實現對多種不同型號無人機的模擬，進而實現一套模擬器實現對多種不同型號、不同特性無人機的模擬。本技術采用模塊式設計，前述的每一個機柜為一個獨立的模塊，各模塊通過局域網可進行有機的組合。在院校教學的裝備和飛行操作教學過程中，由于場地限制較少，教學內容較多，可采用如本實施例中所提及的全模塊組成方案；在部隊或飛行一線的教學中，可僅使用仿真無人機分系統，并通過仿真無人機機柜上的接口，與無人機的實裝地面站進行通訊，從而依靠無人機系統中除了實裝無人機平臺部分的其它部分，來展開和實施各種飛行訓練。為了更好地描述本技術提及模擬器的組成和連接關系，下面介紹一下本實施例中各種信息在各組成部分間的傳輸關系。仿真無人機分系統將模擬的飛行狀態參數以遙測通信協議的格式通過測控局域網發送到飛行及導航操作機柜、任務規劃操作機柜、無線電數據鏈路操作機柜和任務設備操作機柜中，即反本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器，其特征在于：由仿真無人機分系統、飛行操作分系統、任務設備操作分系統、教學評估分系統、示教演示分系統和局域網組成；所述仿真無人機分系統由無人機仿真模型和任務設備組成；所述任務設備操作分系統通過仿真無人機分系統中的無人機仿真模型與任務設備電連接；所述局域網由操控采集局域網、測控局域網和參數采集局域網組成；其中操控采集局域網用于將飛行操作分系統和任務設備操作分系統的信息傳輸至教學評估分系統和示教演示分系統；測控局域網用于實現飛行操作分系統、任務設備操作分系統與仿真無人機分系統之間的雙向通信；參數采集局域網用于將仿真無人機分系統的信息傳輸至教學評估分系統和示教演示分系統。

【技術特征摘要】
1.一種用于無人機飛行和任務操作訓練的模擬器，其特征在于：由仿真無人機分系統、飛行操作分系統、任務設備操作分系統、教學評估分系統、示教演示分系統和局域網組成；所述仿真無人機分系統由無人機仿真模型和任務設備組成；所述任務設備操作分系統通過仿真無人機分系統中的無人機仿真模型與任務設備電連接；所述局域網由操控采集局域網、測控局域網和參數采集局域網組成；其中操控采集局域網用于將飛行操作分系統和任務設備操作分系統的信息傳輸至教學評估分系統和示教演示分系統；測控局域網用于實現飛行操作分系統、任務設備操作分系統與仿真無人機分系統之間的雙向通信；參數采集局域網用于將仿真無人機分系統的信息傳輸至教學評估分系統和示教演示分系統。2.如權利要求1所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳勇，鹿珂珂，于進勇，寇昆湖，矯永康，張春平，蘇艷琴，
申請(專利權)人：中國人民解放軍海軍航空工程學院，
類型：新型
國別省市：山東;37